磁性纳米颗粒系统的磁学性质及偶极相互作用研究

摘要

本文研究了四个问题： (1)偶极相互作用对系统有效能垒分布的影响通过对不同各向异性强度和颗粒浓度的磁性纳米颗粒系统的ZFC/FC曲线的模拟研究发现，系统的阻塞温度TB随着偶极相互作用强度的增强而显著提高，说明偶极相互作用提高磁性纳米颗粒系统的平均有效能垒。同时ZFC/FC曲线模拟结果也表明了偶极相互作用使有效能垒分布的宽度增加。这些结论对当前关于偶极相互作用在改变磁性纳米颗粒系统的有效能垒中起何种作用的争论，具有一定的参考意义。 (2)颗粒的空间排列结构对偶极相互作用系统性质的影响通过对颗粒空间排列为立方排列和无序排列两种系统的ZFC/FC曲线、M-H磁化曲线的模拟研究及关联函数的学习发现，在偶极相互作用的磁性纳米颗粒系统中，颗粒的空间排列结构是一个非常重要的影响因素，不同空间排列结构的系统的磁关联状态、有效能垒分布和磁化过程差别很大。 由于空间排列结构的影响，在一定强度的磁场下，高浓度系统的阻塞温度会比低浓度系统的阻塞温度低，因此在用ZFC/FC曲线分析偶极相互作用系统的有效能垒时，应该考虑系统中颗粒可能形成的空间排列状态，这个结论为偶极相互作用系统有效能垒的争论提供一种新的思路。 此外，本文也提出由于颗粒的空间排列效应和各向异性效应的共同作用，导致偶极相互作用体系在超顺磁温区的磁化过程不能简单地用T*模型描述。 (3)偶极相互作用系统中的磁关联通过研究经过ZFC/FC过程后的系统的磁关联函数发现，偶极相互作用使系统形成包含铁磁性和反铁磁性排列的磁关联结构；这种关联结构与磁性纳米颗粒的空间排列、偶极相互作用强度、系统温度及外磁场的关系密切。磁关联是影响系统的有效能垒分布和磁化过程性质的主要原因之一；由于磁关联的存在，不能直接应用非相互作用的纳米颗粒系统的热剩磁模型分析来偶极相互作用系统的有效能垒分布。此外，本文通过在朗之万函数中引入场相关的关联长度，定性地解释了高密度的磁性纳米颗粒系统隧穿磁阻的H/T标度问题。 (4)外磁场在偶极相互作用系统中扮演的角色通过对ZFC/FC曲线、M-H磁化曲线和热剩磁曲线的模拟研究发现，外磁场与偶极相互作用形成一种竞争关系，表现在外磁场降低偶极相互作用系统的ZFC曲线的峰值温度，并减弱系统的内秉磁关联。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1磁性纳米颗粒

1.1.1磁性纳米颗粒

1.1.2磁性纳米颗粒的特性

1.1.3广泛的应用前景

1.1.4制备方法和测量技术

1.2磁性纳米颗粒间的偶极相互作用

1.2.1磁性纳米颗粒系统的相互作用

1.2.2偶极相互作用的研究概况

1.3本论文的主要研究内容

1.4参考文献

第2章样品制备表征方法及蒙特卡罗模拟方法

2.1离子注入方法制备Fe-MgO颗粒系统

2.1.1金属蒸发真空电弧(MEVVA)离子注入机

2.1.2样品制备

2.1.3样品成分和磁学性能表征

2.2蒙特卡罗(Monte Carlo)计算模型

2.2.1蒙特卡罗方法及其在磁学系统中的应用

2.2.2迈特罗玻利斯(Metropolis)方法

2.2.3磁性纳米颗粒系统的局域动力学方法

2.3偶极相互作用计算模型

2.4参考文献

第3章离子注入制备的Fe-MgO颗粒膜样品的磁学性质

3.1前言

3.2 Fe-MgO颗粒膜样品的成分和磁学性质

3.2.1 Fe离子注入深度分析

3.2.2 Fe-MgO颗粒膜样品的成分分析

3.2.3晶向对样品磁化曲线的影响

3.2.4注入样品的交换偏置性质研究

3.2.5注入样品的电学性能测试

3.3本章小结

3.4本章参考文献

第4章偶极相互作用对磁性纳米颗粒系统的零场冷/场冷磁化强度的影响

4.1有效能垒与零场冷/场冷磁化强度曲线

4.1.1有效能垒

4.1.2零场冷/场冷磁化强度曲线

4.2偶极相互作用强度对ZFC/FC曲线的影响

4.3各向异性强度对ZFC/FC曲线的影响

4.4外磁场对ZFC/FC曲线的影响

4.4.1外磁场对FC曲线的影响

4.4.2外磁场对ZFC曲线的影响

4.5本章小结

4.6本章参考文献

第5章纳米颗粒的空间排列结构对偶极相互作用系统磁学性质的影响

5.1前言

5.2颗粒的空间排列结构对ZFC/FC曲线的影响

5.2.1 K=4×106erg/cm3样品

5.2.2 K=1×106erg/cm3样品

5.2.3一种特殊情况

5.3纳米颗粒的空间排列对磁化过程的影响

5.3.1低于阻塞温度的磁滞回线性质

5.3.2高于阻塞温度的磁化曲线性质

5.4空间排列效应与磁关联的相互关系

5.5本章小结

5.6本章参考文献

第6章磁性纳米颗粒间的磁关联

6.1前言

6.2偶极相互作用纳米颗粒的磁关联

6.2.1纳米颗粒的空间排列结构与系统中的磁关联

6.2.2偶极相互作用强度与系统中的磁关联

6.2.3温度与系统的磁关联

6.2.4外磁场在有序化过程中的作用

6.3其他相互作用对磁关联的影响

6.4本章小结

6.5本章参考文献

第7章偶极相互作用对系统热剩磁的影响

7.1前言

7.2偶极相互作用对热剩磁曲线的影响

7.2.1热剩磁曲线的测量方法及基本理论

7.2.2相互作用强度对热剩磁曲线的影响

7.2.3空间排列结构对热剩磁的影响

7.2.4有效能垒分布与ZFC、TRM曲线

7.3偶极相互作用对反向热剩磁曲线的影响

7.3.1 RTRM的测量方法和基本理论

7.3.2测量磁场与系统的有效能垒分布

7.4外磁场在偶极相互作用系统中扮演的角色

7.5本章小结

7.5本章参考文献

第8章总结与展望

8.1主要结论

8.2不足之处与展望

8.3本章参考文献

主要创新之处

攻读学位期间的主要研究成果

致谢